超级电容器的当前现状及发展趋势_余丽丽

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1、ChineseJournalofNatureVol.37No.3REVIEWARTICLEdoi:10.3969/j.issn.0253-9608.2015.03.004超级电容器的现状及发展趋势†余丽丽，朱俊杰，赵景泰上海大学材料科学与工程学院，上海200444摘要超级电容器作为一种新型绿色新能源存储器件，在众多行业或领域展示出巨大的应用潜力或前景。简要介绍超级电容器的原理、特点，并对其发展现状、面临的问题及发展趋势进行了分析。关键词超级电容器；电极材料；发展趋势超级电容器(supercapacitor)，又名电化学电容表面积活

2、性炭作电极材料的电化学电容器方面的器(electrochemicalcapacitor)，是一种主要依靠双电专利(提出可以将小型电化学电容器用做储能器层和氧化还原赝电容电荷储存电能的新型储能装件)；1962年标准石油公司(SOHIO)生产了一种置。与传统的化学电源不同，超级电容器是一种6V的以活性碳(AC)作为电极材料，以硫酸水溶介于传统电容器与电池之间的电源，具有功率密液作为电解质的超级电容器，并于1969年首先实度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范现了碳材料电化学电容器的商业化。后来，该技围宽等优势。因此，可以广泛应用于

3、辅助峰值功术转让给日本NEC公司。1979年NEC公司开始生率、备用电源、存储再生能量、替代电源等不同的产超级电容器，用于电动汽车的启动系统，开始应用场景，在工业控制、电力、交通运输、智能了电化学电容器的大规模商业应用，才有了超级仪表、消费型电子产品、国防、通信、新能源汽电容器名称的由来。几乎同时，松下公司研究了车等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力。以活性炭为电极材料，以有机溶液为电解质的超超级电容器自面市以来，受到世界各国的广级电容器。此后，随着材料与工艺关键技术的不泛关注。其全球需求快速扩大，已成为化学电源领断突破，产品质

4、量和性能得到不断稳定和提升，域内新的产业亮点。根据美国能源局测算，超级电超级电容器开始大规模的产业化。容的市场容量从2007年的40亿美元增长到2013年超级电容器的产业化最早开始于20世纪80年的120亿美元，中国市场超级电容2013年则达到了代——1980年NEC/Tokin与1987年松下、三菱的31亿元人民币。产品。20世纪90年代，Econd和ELIT推出了适合于大功率启动动力场合的电化学电容器。如今，1超级电容器发展进程Panasonic、NEC、EPCOS、Maxwell、NESS等早在1879年，Helmholz就

5、发现了电化学双公司在超级电容器方面的研究非常活跃。目前美电层界面的电容性质，并提出了双电层理论。但国、日本、俄罗斯的产品几乎占据了整个超级电是，超级电容器这一概念最早是于1979年由日本容器市场，各个国家的超级电容器产品在功率、人提出的。1957年，Becker申请了第一个由高比容量、价格等方面都有自己的特点和优势。†通信作者，E-mail：jtzhao@shu.edu.cn188第37卷第3期■专题综述2超级电容器的原理及分类超级电容器按其储能原理可分为两类：双电层电容器和赝电容器(法拉第赝电容)。(1)双电层电容器双电层电容器

6、(electrochemicaldoublelayercapacitor，EDLC)是一种利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量的装置，其储能机理是双电层理论。双电层理论最初在19世纪末由德国物理学家Helmhotz提出，后来经Gouy、Chapman和Stern根据粒子热运动的影响对其进行修正和完善，逐步形成了一套完整的理论，为双电层电容器[1]图2双电层电容器的充放电过程奠定了理论基础。双电层理论认为，当电极插入电(2)法拉第赝电容器解液中时，电极表面上的净电荷将从溶液中吸引部法拉第赝电容器是在电极表面或体相中的分

7、不规则分配的带异种电荷的离子，使它们在电极二维或准二维空间上，电极活性物质进行欠电位-溶液界面的溶液一侧离电极一定距离排列，形成沉积，发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号反应，产生与电极充电电位有关的电容。法拉第相反的界面层。如图1所示。赝电容可通过两种方式来存储电荷：一种是通过双电层上的存储实现对电荷的存储；另一种是通过电解液中离子在电极活性物质中发生快速可逆的氧化还原反应而将电荷储存。法拉第赝电容的产生过程虽然发生了电子转移，但不同于电池的充放电行为，其具有高度的动力学可逆性，且更接

8、近于电容器的特性。目前研究认为，法拉第赝电容的储能机理[2]主要分为以下两部分：①表面吸脱附储能。在电极表面的二维空间上，在外加电场的作用下，电解液中的阳离子从电解液中扩散到溶液/电极的界面上，在电极表面上实现了离子的吸附，从图1双电层电荷分布图而